水力学第四版课后答案.pdf

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1、海纳百川，有容乃大；壁立千仞，无欲则刚。林则徐以铜为镜，可以正衣冠；以古为镜，可以知兴替；以人为镜，可以明得失。旧唐书魏征列传 第一章 绪论 1-220的水 2.5m3，当温度升至 80时，其体积增加多少 解 温度变化前后质量守恒，即2211VV 又 20时，水的密度31/23.998mkg 80时，水的密度32/83.971mkg 321125679.2mVV 则增加的体积为3120679.0mVVV 1-4一封闭容器盛有水或油，在地球上静止时，其单位质量力为若干当封闭容器从空中自由下落时，其单位质量力又为若干 解 在地球上静止时：gfffzyx；0 自由下落时：00ggfffzyx；第二章

2、 流体静力学 2-1一密闭盛水容器如图所示，U 形测压计液面高于容器内液面 h=1.5m，求容器液面的相对压强。解 ghppa0 kPaghpppae7.145.1807.910000 2-3 密闭水箱，压力表测得压强为 4900Pa。压力表中心比 A 点高 0.5m，A 点在液面下 1.5m。求液面的绝对压强和相对压强。好学近乎知，力行近乎仁，知耻近乎勇。中庸云路鹏程九万里，雪窗萤火二十年。王实甫 解 gppA5.0表 PagpgppA49008.9100049005.10表 Papppa9310098000490000 绘制题图中AB面上的压强分布图。ABh1h2ABh2h1hAB 解：A

3、Bgh1gh1gh1gh2 人之为学，不日进则日退，独学无友，则孤陋而难成；久处一方，则习染而不自觉。顾炎武一寸光阴一寸金，寸金难买寸光阴。增广贤文ABg(h2-h1)g(h2-h1)ABgh 常将有日思无日，莫待无时思有时。增广贤文以家为家，以乡为乡，以国为国，以天下为天下。管子牧民 天行健，君子以自强不息。地势坤，君子以厚德载物。易经丹青不知老将至，贫贱于我如浮云。杜甫 2-14矩形平板闸门 AB 一侧挡水。已知长 l=2m，宽 b=1m，形心点水深 hc=2m，倾角=45o，闸门上缘 A 处设有转轴，忽略闸门自重及门轴摩擦力。试求开启闸门所需拉力。解 作用在闸门上的总压力：NAghApP

4、cc392001228.91000 作用点位置：mAyJyycccD946.21245sin22112145sin23 mlhycA828.12245sin22sin)(45cosADyyPlT 先天下之忧而忧，后天下之乐而乐。范仲淹大丈夫处世，不能立功建业，几与草木同腐乎？罗贯中kNlyyPTAD99.3045cos2)828.1946.2(3920045cos)(2-15平面闸门AB倾斜放置，已知45，门宽b1m，水深H13m，H22m，求闸门所受水静压力的大小及作用点。45h1h2BA 解 闸门左侧水压力：kNbhghP41.62145sin33807.9100021sin21111 作

5、用点：mhh414.145sin33sin311 闸门右侧水压力：kNbhghP74.27145sin228.9100021sin21222 作用点：mhh943.045sin32sin322 总压力大小：kNPPP67.3474.2741.6221 对B点取矩：D2211PhhPhP D67.34943.074.27414.141.62h mh79.1D 2-13如图所示盛水U形管，静止时，两支管水面距离管口均为h，当U形管绕OZ轴以等角速度旋转时，求保持液体不溢出管口的最大角速度max。解 由液体质量守恒知，管液体上升高度与 管液体下降高度应相等，且两者液面同在一等压面上，满足等压面方程：

6、Czgr222 液体不溢出，要求hzz2III，以brar21,分别代入等压面方程得：abhzabIII宠辱不惊，看庭前花开花落；去留无意，望天上云卷云舒。洪应明一寸光阴一寸金，寸金难买寸光阴。增广贤文222bagh 22max2bagh 2-16如图，060，上部油深h11.0m，下部水深h22.0m，油的重度=m3，求：平板ab单位宽度上的流体静压力及其作用点。解 合力 kN2.4660sin60sin2160sin21021022011油水油hhhhhhbP 作用点：mhkNhhP69.262.460sin2110111油 mhkNhhP77.009.2360sin2120222水 mh

7、kNhhP155.148.1860sin30213油 mhhmhPhhPhPhPDDD03.260sin3115.1B0D332211点取矩：对 一弧形闸门，宽 2m，圆心角=30，半径R=3m，闸门转轴与水平齐平，试求作用在闸门上的静水总压力的大小和方向。一寸光阴一寸金，寸金难买寸光阴。增广贤文人之为学，不日进则日退，独学无友，则孤陋而难成；久处一方，则习染而不自觉。顾炎武ABRh 解：（1）水平压力：223 sin30sin2 9.80722xRPg b o 22.066（kN）（）（2）垂向压力：211sincos122zPVggRRR 22339.807sin30 cos302122o

8、o 7.996（kN）（）合力：222222.0667.99623.470 xzPPP（kN）arctan19.92zxPPo ABP 答：作用在闸门上的静水总压力23.470P kN，19.92o。海纳百川，有容乃大；壁立千仞，无欲则刚。林则徐人人好公，则天下太平；人人营私，则天下大乱。刘鹗 2-20一扇形闸门如图所示，宽度 b=1.0m，圆心角=45，闸门挡水深 h=3m，试求水对闸门的作用力及方向 解 水平分力：kNbhhgAghFxcpx145.44320.381.910002 压力体体积：322221629.1)45sin3(8321)345sin3(3)45sin(821)45si

9、n(mhhhhhV 铅垂分力：kNgVFpz41.111629.181.91000 合力：kNFFFpzpxp595.4541.11145.442222 方向：5.14145.4441.11arctanarctanpxpzFF 第三章 水动力学基础 3-1在如图所示的管流中，过流断面上各点流速按抛物线方程：)(1 20maxrruu对称分布，式中管道半径 r0=3cm，管轴上最大流速 umax=0.15m/s，试求总流量 Q 与断面平均流速 v。好学近乎知，力行近乎仁，知耻近乎勇。中庸人之为学，不日进则日退，独学无友，则孤陋而难成；久处一方，则习染而不自觉。顾炎武解 总流量：0020max2)

10、(1 rArdrrruudAQ smru/1012.203.015.02234220max 断面平均流速：smurrurQv/075.022max2020max20 3-3利用皮托管原理测量输水管中的流量如图所示。已知输水管直径 d=200mm，测得水银差压计读书 hp=60mm，若此时断面平均流速 v=，这里 umax为皮托管前管轴上未受扰动水流的流速，问输水管中的流量 Q 为多大（3.85m/s）解 gpgugpAA22 ppAAhhgpgpgu6.12)1(22 smhgupA/85.306.06.12807.926.122 smvdQ/102.085.384.02.044322 3-4

11、图示管路由两根不同直径的管子与一渐变连接管组成。已知 dA=200mm，dB=400mm，A 点相对压强 pA=，B 点相对压强 pB=，B 点的断面平均流速 vB=1m/s，A、B 两点高差z=1.2m。试判断流动方向，并计算两断面间的水头损失 hw。解 BBAAvdvd2244 smvddvBABA/41)200400(222 万两黄金容易得，知心一个也难求。曹雪芹丈夫志四方，有事先悬弧，焉能钧三江，终年守菰蒲。顾炎武 假定流动方向为 AB，则根据伯努利方程 wBBBBAAAAhgvgpzgvgpz2222 其中zzzAB，取0.1BA zgvvgpphBABAw222 2.1807.92

12、149807392006860022 056.2m 故假定正确。3-5为了测量石油管道的流量，安装文丘里流量计，管道直径 d1=200mm，流量计喉管直径d2=100mm，石油密度=850kg/m3，流量计流量系数=。现测得水银压差计读数 hp=150mm。问此时管中流量 Q 多大 解 根据文丘里流量计公式得 036.0873.3139.01)1.02.0(807.9242.014.31)(244242121ddgdK sLsmhKqpV/3.51/0513.015.0)185.06.13(036.095.0)1(3 3-10 水箱中的水从一扩散短管流到大气中，直径 d1=100mm，该处绝对

13、压强 p1=，直径 d2=150mm，水头损失忽略不计，求水头 H。（H=1.27m）解：志不强者智不达，言不信者行不果。墨翟古之立大事者，不惟有超世之才，亦必有坚忍不拔之志。苏轼 3-12已知图示水平管路中的流量 qV=2.5L/s，直径 d1=50mm，d2=25mm，压力表读数为9807Pa，若水头损失忽略不计，试求连接于该管收缩断面上的水管可将水从容器内吸上的高度 h。解 smdqvsmdqvvdvdqVVV/093.5025.014.3105.244/273.105.014.3105.244442322223211222121 OmHggpgvvgppgvvgpppgvppgvgpa

14、aa2221212222122212222112398.0807.9100098072273.1093.522)(2g020 OmHgpphpghpaa2222398.0 3-13 离心式通风机用集流器 A 从大气中吸入空气。直径 d=200mm 处，接一根细玻璃管，宠辱不惊，看庭前花开花落；去留无意，望天上云卷云舒。洪应明勿以恶小而为之，勿以善小而不为。刘备管的下端插入水槽中。已知管中的水上升 H=150mm，求每秒钟吸入的空气量 Q。空气的密度为 1.29kg/m3。解 ghpppghpaa水水22 smhgvhgvgvghpgpgvpgpaaa/757.4729.115.01000807

15、.92222g2g00022222222气水气水气水气气气 smvdqV/5.14757.472.014.343222 3-16 如图（俯视图）所示，水自喷嘴射向一与其交角成60o的光滑平板。若喷嘴出口直径d=25mm，喷射流量Q=33.4L/s，试求射流沿平板的分流流量Q1、Q2以及射流对平板的作用力F。假定水头损失可忽略不计。解 v0=v1=v2 smdQv/076.68025.014.3104.33442320 x 方向的动量方程：sLQQQQsLQQQQQQQQQQvvQvQ/05.2575.0/35.825.05.060cos60cos)(0212222102211 y 方向的动量方

16、程：常将有日思无日，莫待无时思有时。增广贤文百学须先立志。朱熹NQvFvQF12.196960sin)60sin(000 3-17水平方向射流，流量 Q=36L/s，流速 v=30m/s，受垂直于射流轴线方向的平板的阻挡，截去流量 Q1=12 L/s，并引起射流其余部分偏转，不计射流在平板上的阻力，试求射流的偏转角及对平板的作用力。（30；）解 取射流分成三股的地方为控制体，取 x 轴向右为正向，取 y 轴向上为正向，列水平即 x方向的动量方程，可得：022cosvqvqFVV y 方向的动量方程：305.02412sinsinsin000221111221122vvvqvqvqvqvqvqV

17、VVVVV 不计重力影响的伯努利方程：Cvp221 控制体的过流截面的压强都等于当地大气压 pa，因此，v0=v1=v2 NFNFF5.4565.4563010361000cos301024100033 3-18图示嵌入支座内的一段输水管，其直径从 d1=1500mm 变化到 d2=1000mm。若管道通过流量 qV=1.8m3/s 时，支座前截面形心处的相对压强为 392kPa，试求渐变段支座所受的轴向力 F。不计水头损失。解 由连续性方程：云路鹏程九万里，雪窗萤火二十年。王实甫人人好公，则天下太平；人人营私，则天下大乱。刘鹗smdqvsmdqvvdvdqVVV/29.20.114.38.1

18、44/02.15.114.38.1444422222211222121；伯努利方程：kPavvppgvpgvgp898.389229.202.110001039222g020223222112222211 动量方程：kNFFFvvqdpFdpvvqFFFVVpp21.382228617.30622518.692721)02.129.2(8.1100040.114.310898.38945.114.310392)(44)(23231222221112213-3-19在水平放置的输水管道中，有一个转角045的变直径弯头如图所示，已知上游管道 直 径mmd6001，下 游 管 道 直 径mmd300

19、2，流 量0.425Vq m3/s，压 强kPap1401，求水流对这段弯头的作用力，不计损失。解（1）用连续性方程计算Av和Bv 122144 0 4251.50.6Vq.vdm/s；222244 0 4256.020.3Q.vd.m/s（2）用能量方程式计算2p 210.1152vgm；221.8492vgm 一寸光阴一寸金，寸金难买寸光阴。增广贤文古之立大事者，不惟有超世之才，亦必有坚忍不拔之志。苏轼 2212211409 810.115 1.849122.9822vvppg.()gg kN/m2（3）将流段 1-2 做为隔离体取出，建立图示坐标系，弯管对流体的作用力R的分力为YXRR

20、和，列出yx和两个坐标方向的动量方程式，得 2222cos45(cos450)4ypdFQ v 22112221cos45(cos45)44xpdpdFQ vv 将本题中的数据代入：22112221cos45(cos45)44xVFpdpdqvv=2222cos45cos454yVFpdq v=kN 22xyFFF 10tan13.83yxFF 水流对弯管的作用力F大小与F相等，方向与F相反。3-20 如图所示，在河道上修筑一大坝。已知坝址河段断面近似为矩形，单宽流量qV=14m3/s，上游水深h1=5m，试验求下游水深h2及水流作用在单宽坝上的水平力F。假定摩擦阻力与水头损失可忽略不计。解 由连续性方程：2211221114/8.2514hvsmBhqvvBhvBhqVV；由伯努利方程：mhhhvhhgvgvhgvh63.18.2)5(807.92)14()(2202022222212122222211 由动量方程：常将有日思无日，莫待无时思有时。增广贤文老当益壮，宁移白首之心；穷且益坚，不坠青云之志。唐王勃 kNFFFhhgvvqFvvqFghghvvqFFFVVVpp5.28)63.15(807.9100021)8.263.114(141000)(21)()(2121)(222221121222211221